i UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DO SOLO
MAISA DOS SANTOS
LODO DE ESGOTO EM COMBINAÇÃO COM CULTIVO DE PLANTAS NA
REMEDIAÇÃO DE UM SOLO COM ALTO TEOR DE CHUMBO
.
CURITIBA
2015
i
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DO SOLO
MAISA DOS SANTOS
LODO DE ESGOTO EM COMBINAÇÃO COM CULTIVO DE PLANTAS NA
REMEDIAÇÃO DE UM SOLO COM ALTO TEOR DE CHUMBO
Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Ciência do Solo, área de
concentração Solo e Ambiente, na linha de
pesquisa Qualidade, Manejo e Conservação do
Solo e da Água, Setor de Ciências Agrárias,
Universidade Federal do Paraná, como requisito
parcial à obtenção do título de Mestre em Ciência
do Solo.
Orientador: Prof. Dr. Vander de Freitas Melo
Co- orientadora: Dra. Beatriz Monte Serrat
CURITIBA
2015
i
PARECER
ii
Ao amor da minha vida, daqui até a eternidade, Jorge.
iii
Dedico
AGRADECIMENTOSÀ Universidade Federal do Paraná e ao Programa de Pós Graduação em
Ciência do Solo, pela oportunidade de realização e conclusão deste curso, e a CAPES pela
concessão da bolsa de estudos;
Ao professor Vander de Freitas Melo, pela orientação, confiança e paciência e gentileza em aceitar
a orientação mesmo à distância.
À minha co-orientadora Dra. Beatriz Monte Serrat, por toda a ajuda e contribuição no
desenvolvimento do trabalho e por instigar o espirito de pesquisa.
A todos os professores do Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, especialmente ao Prof.
Jorge Luiz Morret de Souza por acreditar no meu potencial e pelas palavras de incentivo que
possibilitou o meu ingresso no programa de Pós Graduação.
A todos os técnicos dos laboratórios e técnicos administrativos do Departamento de Solos e
Engenharia Agrícola, especialmente a Maria, Eveline, Roberto e Hilbert por toda ajuda e
colaboração no decorrer do trabalho; e a Denise pelas conversas de fim de tarde e pela amizade.
A SANEPAR pelo fornecimento do Lodo de Esgoto.
Aos companheiros de Laboratório, Daniel Pontoni e Marcos Pontoni pela troca de experiências,
pela amizade e conversas durante o compartilhamento da pia.
Aos meus colegas de turma de 2013 e 2014, em especial, Stephanie, Jana e Leocimara, pelos
momentos compartilhados.
Agradeço em especial ao William, meu companheiro, parceiro na vida e no mestrado.
Aos meus amigos Marcelo, Daniela, Meia Lua e Jonas pela amizade, conselhos e momentos de
distração.
Aos meus pais José Luiz e Lenir, pelos ensinamentos, dedicação e carinho.
Gratidão a todos.
iv
“Afagar a terra
Conhecer os desejos da terra
Cio da terra, a propícia estação
E fecundar o chão”
Milton Nascimento e Chico Buarque
v
SUMÁRIO
RESUMO ........................................................................................................................................... vii
ABSTRAT ........................................................................................................................................viii
1.
INTRODUÇÃO ........................................................................................................................... 1
2.
MATERIAL E MÉTODOS ......................................................................................................... 3
2.1 Descrição do lodo de esgoto ....................................................................................................... 3
2.2 Coleta e caracterização do solo .................................................................................................. 4
2.3 Seleção das espécies utilizadas no experimento......................................................................... 5
2.4 Montagem e condução do experimento...................................................................................... 6
2.5
Análise do tecido vegetal ...................................................................................................... 8
2.6
Análise do solo experimental ................................................................................................ 8
2.7 Análise estatística ....................................................................................................................... 9
3
RESULTADOS E DISCUSSÕES ............................................................................................. 10
3.1 Desenvolvimento das plantas x doses de lodo ......................................................................... 10
3.2 Frações do Pb no Solo sem o cultivo de plantas (30 dias de incubação com LE) ................... 14
3.3 Interação entre as doses de Lodo de Esgoto e o cultivo de AP e NF nas frações de Pb do solo
........................................................................................................................................................ 17
3.3.1 Relação entre as doses de LE e as Frações de Pb após 60 dias de cultivo ............................ 19
3.3.2 Relação entre o cultivo da AP e NF nas frações de Pb no solo ............................................. 21
4
CONCLUSÕES ......................................................................................................................... 23
5
LITERATURA CITADA .......................................................................................................... 24
vi
LODO DE ESGOTO EM COMBINAÇÃO COM CULTIVO DE PLANTAS NA
REMEDIAÇÃO DE UM SOLO COM ALTO TEOR DE CHUMBO1
Autor: Maisa dos Santos
Orientador: Prof. Dr. Vander de Freitas Melo
Co- orientadora: Dra. Beatriz Monte Serrat
RESUMO
O uso combinado da fitorremediação e estabilização, apresenta um alternativa interessante e que
pode potencializar a mitigação dos efeitos negativos da presença de altos teores de Pb no solo. Com
o intuído de verificar o potencial de fitoextração, fitoestabilização e redução das frações
biodisponivies do Pb no solo, foi realizada aplicação de lodo de esgoto (LE) combinado com o
cultivo de aveia preta e nabo forrageiro em um solo com alto teor de Pb trocável. O esquema
experimental foi em blocos ao acaso, em fatorial 5 (doses de LE) x 3 (condições de cultivo: sem
cultivo, com cultivo de aveia preta -AP e com cultivo de nabo forrageiro- NF) com 4 repetições. As
dose de LE foram delimitadas pela capacidade do LE em adsorver o Pb presente na fração trocável,
que correspondeu em sólidos totais a aplicação de 0; 13,35; 26,7; 53,4; 106,8 Mg ha-1.. Após 60 dias
de cultivo foram realizadas análises do tecido vegetal e compartimentação do Pb no solo em sete
frações (Pb-solúvel; Pb-trocável; Pb-precipitado; Pb-matéria orgânica; Pb-óxidos de Fe e Mn; Pbgibbsita e caulinita e; Pb-residual) O uso AP e NF como plantas fitoextratoras não apresentou uma
alternativa viável para recuperação do solo utilizado, devido ao seu alto teor de Pb total (28.650 mg
kg-1) e baixo conteúdo extraído pela parte aérea por ambas as espécies. A aplicação do lodo de
esgoto potencializou a fitoestabilização de ambas as espécies, proporcionando o incremento do
conteúdo de Pb estocado na raiz e maior desenvolvimento radicular e aéreo. Não houve interação
entre as doses de LE e o cultivo de plantas sobre a compartimentação do Pb no solo, porém
isolando os fatores (doses de LE e cultivo de plantas) foi possível observar a transferência das
frações mais instáveis ambientalmente para as frações mais estáveis, em ambas as situação houve a
diminuição da fração trocável e aumento da fração ligada a caulinita .
Palavras-chave: Fitorremediação, fitoextração, fitoestabilização, chumbo no solo, estabilização,
lodo de esgoto.
1
Dissertação de Mestrado em Ciência do Solo. Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo, Setor de Ciências
Agrárias, Universidade Federal do Paraná. Curitiba. (38 p.) Outubro, 2015.
vii
SEWAGE SLUDGE IN COMBINATIONS WITH PLANTS CULTIVATION ON
REMEDIATION OF A HIGH LEAD SOIL CONTENT
Author: Maisa dos Santos
Advisor: Prof. Dr. Vander de Freitas Melo
Co-Advisor: Dra. Beatriz Monte Serrat
ABSTRAT
The use of combined phytoremediation and stabilization presents an interesting way and can
potentiate the mitigations of the negative effects of the presence of high levels of Pb on soils. With
the aim of verify the potential of phytoextraction, phytostabilization and the reduction of
bioavailable Pb fractions on soil, sewage sludge (LE) was applied on a high soil exchange Pb level
combined with cultivation of black oat and turnip. The experimental design was randomized blocks
in factorial 5 (LE doses) X 3(cultivation conditions: without cultivation; Black oat – AP; turnip –
NF) with 4 repetitions. The sewage sludge doses were determined by its capacity of absorb the
exchangeable Pb fraction, what measure up in total solids the application of 0; 13.35; 26.7; 53.4;
106.8 Mg ha-1. Sixty days after the cultivation were analyzed plant tissue and compartmentation of
soil Pb in seven fractions (Pb-soluble; Pb-exchangeable; Pb-precipitate; Pb-organic matter; Pb-Fe
and Mn oxides; Pb-gibbsita and kaolinite; Pb-residual). The use of AP and NF as phytoextractant
plants was not viable to recuperate the soil in this study, due to its high Pb total level (28,650 mg
kg-1) and the low content extracted by the stem of both species. The sewage sludge application
potentiated the phytostabilization of both species, due to proportional increase of Pb content in roots
and the great development of roots and stem. There weren’t interactions amongst the LE doses and
the plant cultivations on the soil PB compartimentalization, however isolating the factors (LE doses
and plant cultivation) was possible to see the transfer of the most instable environmentally fractions
to the most stable fractions, in both situations there was a decrease of the exchangeable fraction and
the increase of the kaolinite bind fraction.
Key-word: Phytoremediation, phytoextration, phytostabilizarion, soil lead, stabilization, sewage
sludge.
viii
1. INTRODUÇÃO
Os Metais Pesados (MP) são conhecidos pelo seu efeito prejudicial à saúde humana
(Davydora, 2005) e seu alto potencial de transferência ecológica (Morton-Bermea et al., 2008).
Dentre os MP, o Pb é considerado tóxico por apresentar longo tempo para a degradação (1.000
anos) (Davydora, 2005) e por ocasionar efeitos adversos para a saúde (Meyer et al., 2008).
Atividades antrópicas, associadas principalmente com os processos industriais, produção e
disposição dos resíduos industriais e domésticos, fertilizações fosfatadas e atividades de mineração
são as principais fontes de enriquecimento de metais nos solos (Bolan et al., 2014; Ramadan & AlAshkar, 2007) , que além de provocar a poluição de solos e águas subterrâneas (Chiang et al.,
2012), implica também na supressão da vegetação ou impedimento de sua regeneração (Mechi &
Sanches, 2010).
As técnicas de recuperação de solos com altos teores de Pb ou contaminados por esse
elemento são baseadas na estabilização e fitoremediação. A estabilização tem como princípio a
redução da mobilidade do elemento por adição de agentes imobilizantes, modificando as frações do
elemento no solo (Kumpiene et al., 2008). Dentre os agentes imobilizantes destaca-se o lodo de
esgoto, pois o seu uso na remediação de solos contaminados com metais pesados promove a
redução da biodisponibilidade e aumento da fração menos disponível destes elementos (Castaldi et
al., 2005, Brown et al., 2004, Brown et al., 2003). As frações biodisponíveis são: solúvel e trocável
(adsorvido por complexo de esfera externa na matéria orgânica ou nos minerais da fração argila)
(Aydinalp & Marinova, 2003 e Zeng et al., 2011). As frações não trocáveis (adsorvido
especificamente nos coloides do solo), precipitado ou complexado e estrutural, apresentam
potencial de ficarem disponíveis a médio e a longo prazo (Aydinalp & Marinova, 2003).
O uso de lodo de esgoto na recuperação de solos impactados pela atividade de mineração ou
pela contaminação direta apresenta uma alternativa viável para redução da biodisponibilidade e
mobilidade de contaminantes in situ. Trabalhos realizados por Alvarenga et al.(2009a) utilizando
solos de área de mineração de pirita, apresentaram diminuição dos teores biodisponíveis de Pb após
a aplicação de 25 Mg ha-1 de lodo de esgoto. Brown et al. (2003), testando o efeito do lodo de
esgoto nas frações do Pb no solo e na biodisponibilidade in vivo, observaram a diminuição do teor
trocável de Pb no solo e na absorção gástrica em ratos. Poggere et al. (2015), simulando diferentes
níveis de contaminação em dois solos brasileiros observou a diminuição da fração solúvel do Pb
para as frações mais estáveis, a partir da dose 20 Mg ha-1 em um Cambissolo e dose 29 Mg ha-1 em
um Latossolo.
1
A fitorremediação pode ser realizada através da técnica de fitoextração, utilizando plantas
com potencial de acumular metais na parte aérea e com alta produção de matéria seca (Cunningham
et al., 1995), ou fitoestabilização por meio da imobilizando de metais tóxicos pela complexação,
precipitação na rizosfera e sorção e acumulo de metais nas raízes (Wong, 2003; Cunningham et al.
1995). A fitorremediação possibilita a revegetação inicial, minimizando os efeitos da erosão e dos
processos de lixiviação de contaminantes (Mendes & Maier 2008). Em ambas as técnicas de
fitoremediação ocorre modificações químicas no solo rizosférico, dentre elas a alteração do pH e
modificações nas frações solúvel e trocável dos metais pesados (Wang et al., 2002 e Conesa et al.,
2007).
Devido aos altos custos de implementação e longo prazo para obtenção de resultados, o uso
da fitoextração é recomendando apenas quando há a necessidade de remoção total do poluente, em
contra partida a fitoestabilização é uma técnica promissora que requer a identificação de fatores que
afetam o seu sucesso, entre eles a seleção das espécies e o manejo cultural (Mendez & Maier,
2008a, Mendez & Maier, 2008b).
A aplicação de lodo de esgoto é uma alternativa de manejo cultural, que contribui para o
estabelecimento da vegetação em áreas contaminadas ou degradadas, devido ao aumento da matéria
orgânica do solo, melhorias na fertilidade, estrutura física, retenção de água (Madejon et al., 2006;
Tordoff et al., 2000) e na atividade microbiana por (Alvarenga et al., 2009b). Efeitos positivos no
aumento da produção de biomassa após a aplicação de lodo de esgoto em um solo de mina foram
observados por Alvarenga et al. (2008) utilizando Azevém (L. multifolium); Alvarenga et al. (2009
a) utilizando azevém perene (L. perenne) e Madejon et al., (2006) observaram o aumento da
revegetação espontânea.
Condições de alta toxidez de metais pesados no solo comprometem o crescimento de plantas
e limita a eficácia da fitorremediação. Andrade et al. (2009) testaram a fitorremediação em solos
com diferentes níveis de contaminação em uma área de mineração e metalurgia de Pb, no município
de Adrianópolis (PR) e observaram que o crescimento de plantas foi pífio nos solos com teor total
do metal acima de 9600 mg kg-1, com produção de matéria seca total de 0,25; 0,98 e 2,34 g dm-³ de
solo, respectivamente para aveia preta, girassol e grama batatais. Nesse mesmo estudo, a grande
ocorrência de resíduos sólidos da metalurgia e a baixa qualidade agronômica do solo (intenso
comprometimento morfológico dos horizontes, como a ausência de estruturas) também limitou a
eficiência da técnica de fitorremediação para Pb. Essas duas situações são exemplos típicos onde a
combinação da aplicação do lodo pode ampliar a eficiência da fitorremediação.
2
Desta forma, o objetivo desse trabalho foi verificar o potencial do uso combinado de
fitoremediação e estabilização com lodo de esgoto na recuperação de em um solo com alto teor de
Pb, e o efeito do uso das duas técnicas na frações de Pb no solo.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Descrição do lodo de esgoto
O lodo de esgoto (LE) utilizado, foi coletado no leito de secagem da estação de tratamento
de esgoto Colombo–SEDE, no município de Colombo, PR, que utiliza sistema anaeróbico de
tratamento biológico. A higienização foi realizada por processo de pasteurização (BRASIL, 2006),
realizado em estufa, com aquecimento da massa do lodo á 70°C e mantida por 30 mim. Após a
higienização foi realizado o peneiramento do lodo de esgoto em malha de 2mm de diâmetro. Os
atributos químicos (TABELA 1) foram determinados conformes procedimentos descritos por
EMBRAPA (1997), APHA (1998) e USEPA (2007): pH em água, na relação LE\solução de 1:25;
sólidos totais (ST), secagem da massa em estuda á 105ºC até peso constante; teor de Pb, digestão
em forno de micro-ondas utilizando 0,5 g de LE seco a 65ºC e moído (0,025 mm) e 8 mL de HNO3
concentrado. A temperatura foi elevada até 180°C e mantida por 10 minutos. O extrato obtido foi
filtrado e os teores de metais pesados, (Pb, Cd e As), macronutrientes (Ca, Mg, K, P, e S) e
micronutrientes (Mn, Fe, Zn e Cu) foram obtidos por espectroscopia de emissão atômica com
plasma acoplado indutivamente (ICP-AES). Os teores de C e N foram determinados por combustão
seca em analisador elementar Vario EL III.
TABELA 1. Caracterização do lodo de esgoto após o processo de higienização
pH
ST
C
N
Ca
--------------%-------------6,5
78,83
19,86
2,27
Mn
Fe
Zn
Cu
Mg
K
P
S
--------------------g kg¹--------------------------11,56
3,99
1,21
3,96
Pb
Ba
Cd
As
13,76
-1
-----------------------------------------mg kg -------------------------------------------137
19672
763
149
44,18
168,93
1,15
6,41
Definiu-se as doses de LE aplicadas com base na capacidade máxima de absorção de Pb
(CMAPb) do LE. A CMAPb foi determinada seguindo a metodologia desenvolvida por Pierangeli
et al.(2001) para amostras de solos. Foram pesados 0,3 g (triplicata) de LE higienizado e seco a
65ºC em tubo de centrifuga e adicionados 30 mL de solução de Pb(NO3)20,45 mmol L-1 em
3
Ca(NO3)25 mmol L-1. As amostras permaneceram em contado com a solução por 72 h, alternado 12
h de repouso por 12 h de agitação. Em seguida a suspensão foi centrifugada a 3.500 rpm por 15 min
e o sobrenadante foi coletado para leitura de Pb. O resíduo úmido (massa de lodo + solução retida)
foi pesada para corrigir a concentração da solução renovada na próxima etapa de saturação com Pb.
Ao resíduo foi adicionado nova alíquota de 20 mL da mesma solução de Pb, repetindo-se os
processo de repouso e agitação e coleta do sobrenadante . Esses procedimentos foram realizados até
que o incremento na adsorção fosse inferior a 2% (diferença do Pb adicionado e o Pb remanescente
na solução). Após a 15° serie foi obtida a CMAPb de 66.182 mg kg-1, sendo o valor calculado
através do somatório das quantidades absorvidas em cada etapa.
2.2 Coleta e caracterização do solo
O solo utilizado no experimento foi coletado nas proximidades da mina Perau (minério de
Pb na forma de galena - PbS), município de Adrianópolis, PR. O inicio dos trabalhos de lavra na
mina Perau foi em 1920 com a extração de Cu e após a descoberta de veios-camadas contendo Pb,
Zn, Cu e Ag, iniciou-se a extração do minério de Pb, com produção inicial mensal de 3.000 Mg e
teor mínimo de Pb de 6% (Barbour & Oliveira, 1979). A mina foi lavrada de 1976 a 1986 e desde a
sua paralização apresenta riscos ambientais, devido ao relevo montanhoso, com predominância de
Neossolos e Cambissolos e a presença de áreas desmatadas e escavadas, que favorecem a erosão de
sedimentos que podem conter metais pesados (Macedo et al., 1993).
O ponto de coleta foi em uma área terraplanada, com remoção dos horizontes superficiais,
expondo o horizonte C. Como na área realizaram-se apenas as atividades de mineração, o solo
amostrado não apresentavam escórias ou outros resíduos do beneficiamento, mas devido à presença
de galena no material de origem, o teor total de Pb foi considerado alto (28.650 mg kg-1) (TABELA
2), muito acima do limite de intervenção industrial preconizado pelo Conama (BRASIL,2009) (900
mg kg-1). Após a coleta na camada de 0 a 20 cm, o solo foi homogeneizado, seco ao ar e peneirado
em malha de 4 mm de diâmetro.
As análises químicas foram realizadas em triplicatas, utilizando amostras do solo secas em
estufa a 60ºC por 24 horas e peneiradas em malha de 2 mm de diâmetro.
Para estimativa do teor trocável de Pb, foram misturadas 2 g de TFSA com 20 mL de
Ca(NO3)2 0,5 mol L-1 em tubos de centrífugas com capacidade de 50 mL. Os tubos foram mantidos
sob agitação por 60 min em seguida a suspensão foi centrifugada a 3.000 rpm por 15 minutos. O
teor de Pb no sobrenadante foi obtido por espectroscopia de absorção atômica .
4
O teor de Pb total foi determinado pelo método EPA 3052 (USEPA, 1996). A digestão foi
realizada em forno micro-ondas utilizando 0,25g de solo (moído e peneirado em malha de 0,2 mm
de diâmetro), 3 mL de HF concentrado, 4 mL de HNO3 concentrado e 1ml de H2O2 (30% v/v).
Após um tempo de rampa de 9 minutos necessário para atingir 180°C, a amostra foi digerida por
mais 10 minutos nessa mesma temperatura. Os teores de Pb foram determinados por espectroscopia
de emissão atômica com plasma acoplado indutivamente.
A determinação do pH em água e dos teores trocáveis de Ca2+, Mg2+ e K+ e disponível de P
seguiram a metodologia descrita por EMBRAPA (1997): pH em água (relação 1:2,5); Ca²+ e Mg2+
extraídos com KCl 1 mol L-1; P e K+, extraídos com Mehlich-1. Os teores de Ca e Mg foram
determinados por espectroscopia de absorção atômica; P por colorimetria e K por
espectrofotometria de chama. Por se tratar de horizonte C os teores de carbono orgânico não foram
determinados.
A análise granulométrica foi realizada pelo método da pipeta (EMBRAPA,1997). As
análises foram realizadas em triplicata. O teor de cascalho foi obtido com o peneiramento de 100 g
do solo em malha de 2mm de diâmetro.
TABELA 2. Atributos químicos e físicos do solo.
Teor
Teor total
pH (H2 O) trocável de
de Pb
Pb
P
+
K
Ca
2+
Mg
-3
6,8
2+
Areia
Silte
Algila
Cascalho
-1
-------------mg kg-1---------------------------------cmolc dm ----------------------------------------g kg -----------------1120
28.650
12
0,14
7,5
4,2
374
359
328
40
2.3 Seleção das espécies utilizadas no experimento.
Para a seleção das espécies utilizadas no experimento foi realizado um ensaio com 7
espécies de plantas. O delineamento experimental foi em blocos inteiramente casualizados e os
tratamentos distribuídos em fatorial 7x2 com 3 repetições. O fatorial constitui-se de 7 espécies e 2
substratos. As espécies utilizadas no experimento foram Avena strigosa Schreber (aveia preta) e
Helianthus annuus L. (girassol), Lolium multiflorum Lam (azevém), Vicia sativa L (ervilhaca),
Raphanus sativus L. (nabo forrageiro), Triticum aestivum (trigo) e Brassica juncea (mostarda lisa);
os substratos foram o solo descrito anteriormente e areia.
O experimento foi realizado em casa de vegetação no Departamento de Solos da UFPR –
Curitiba, PR, de 21 abril de 2014 a 10 de junho de 2014. Utilizou-se vasos de 1 dm³ contendo o
solo ou areia. Foram semeadas 15 sementes por vaso para todas as espécies As plantas que se
5
desenvolveram na areia receberam diariamente 50 mL água deionizada até o inicio da germinação,
após esse período receberam 50 mL de solução nutritiva proposta por Hoagland & Arnon 1938
(modificada). Após 50 dias da semeadura foi realizada observações do aspecto visual das plantas e
coleta da parte aérea para a determinação do peso da matéria seca.
As espécies selecionadas foram a aveia preta e nabo forrageiro devido ao desenvolvimento
satisfatório no solo. As espécies: girassol, azevém e a mostarda lisa foram descartadas por
apresentaram sintomas mais severos de toxidez do metal e baixo crescimento (FIGURA 1), o trigo e
a ervilhaca apesar do crescimento satisfatório, não foram escolhidos devido a condições fitotécnicas
como a susceptibilidade a doenças no trigo e ao habito decumbente da ervilhaca que dificultaria a
condução do experimento.
FIGURA 1. Aspecto visual das plantas utilizadas no experimento prévio. (a) azevém, (b) girassol,
(c) mostarda da índia, (d) nabo forrageiro, (e) trigo, (f) aveia preta (g) ervilhaca.
2.4 Montagem e condução do experimento
O experimento foi realizado em casa de vegetação com delineamento experimental em
blocos casualizados em esquema fatorial com 5 doses de LE x 3 condições de fitorremediações,
com 4 repetições. As doses de lodo aplicadas foram 0; 0,5; 1,0; 2,0 e 4,0 vezes a CMAPb em
relação a capacidade de adsorção do Pb trocável do solo (TABELA 2), que correspondeu a
aplicação, respectivamente, de 0; 13,35; 26,7; 53,4; 106,8 Mg ha-1 de sólidos totais de LE. As
6
condições de fitorremediação foram: sem cultivo, cultivo de aveia preta e cultivo de nabo
forrageiro. Foi usado um tratamento adicional com fertilização mineral, também com quatro
repetições (FIGURA 2).
FIGURA 2. Esquema experimental. SC: sem cultivo, AP: cultivo com aveia preta e NF: cultivo
com nabo forrageiro.
O tratamento adicional foi realizado com a adição de macronutrientes e a dose de cada
nutriente foi baseada nas características químicas, teor de argila do solo e a necessidade nutricional
de cada cultura (SBCS, 2004). Foram aplicadas, em ambas as culturas, o equivalente a 70 kg ha-1 de
P na forma se superfosfato simples; 60 e 70 kg ha-1 de K na forma de KCl respectivamente na
cultura do NF e AP e 40 e 20 kg ha-1 de N na forma de uréia, respectivamente na cultura do NF e
AP.
7
O solo (peneirado em malha de 4 mm) que recebeu as doses de lodo de esgoto foi incubado
por 30 dias e o solo tratado com adubo mineral foi incubado por 5 dias em sacos plástico e a
umidade foi mantida a 85% da capacidade de campo pela adição periódica de água deionizada.
Após o período de incubação os solos foram transferido para vasos de 1 dm3 e a semeadura
foi realizada dia 01 de agosto de 2014 utilizando, 15 sementes por vaso de ambas as espécies. Aos 7
dias após a semeadura foi realizado o raleio da aveia preta, permanecendo 7 plântulas por vaso e
após 15 dias foi realizado o raleio do nabo forrageiro permanecendo 4 plântulas por vaso. As regas
das plantas e o umedecimento do solo sem planta foram realizadas diariamente com o auxilio de um
pulverizador manual, evitando a saturação do solo.
2.5 Análise do tecido vegetal
Aos 60 dias após a semeadura foi realizada a coleta das plantas e separação da parte aérea e
raiz. O material vegetal foi lavado com água deionizada e a parte aérea foi seca em estufa a 55°C
até peso constante. As raízes foram conservadas em solução alcoólica a 30% por 90 dias para
garantir completa remoção de partículas de solo e novamente submetidas ao enxágue com água
deionizada. Posteriormente, foi realizada a separação das raízes e tubérculo do NF. Todo o material
radicular foi seco em estufa a 55°C até peso constante.
Os teores de Pb do tecido vegetal foram obtidos por digestão seca em forno tipo mufla. Os
pesos das amostras variaram conforme a produção da matéria seca, assim, pesaram-se entre 0,1 e
1,0g. Cadinhos de porcelana contendo as amostras de material vegetal foram colocadas no forno e a
temperatura elevada a 500ºC e mantida por 3 horas. Após esse período, a cinza residual foi
solubilizada com a adição de 2 mL de HCl 3 mol L-1 e realizada nova digestão a 500ºC por 3 horas.
A dissolução final das cinzas foi realizada adicionando 10 mL de solução de HCl 3 mol L-1, com
aquecimento a 80ºC por 10 min. Os teores de Pb dos extratos foram analisados por ICP-AES.
2.6 Análise do solo experimental
Após os 30 dias de incubação com LE e cinco dias com adubo mineral (antes do plantio) e
60 dias de cultivo foi realizado o fracionamento do Pb do solo e obtenção do pH em H2O. As
análises realizadas no solo após 30 dias de incubação foram realizadas em triplicata. As frações 1 a
6 descritas a seguir foram obtidas utilizando a metodologia utilizada foi descrita por Mann &
Ritchie (1993) e por Gomes et al. (1997), com modificações, a fração 7 foi obtida seguindao
metodologia descria proposta por EPA 3052 (USEPA 1996). O solo foi seco em estufa a 45ºC e
8
peneirado em malha de 2mm de diâmetro. Foram utilizadas amostras de 2,0 g de solo e obtidas as
seguintes frações de Pb:
1) Fração solúvel: 10 mL de água Ultra pura melli-q e agitação por 30 min;
2) Fração trocável: 20 mL de Ca(NO3)2 0,5 mol L-1 e agitação por 60 min;
3) Fração Precipitado: 20 mL de Acetato de Sódio 0,1 mol L-1 com pH ajustado para 5,0
utilizando ácido acético e agitação por 5 h;
4) Fração ligada à matéria orgânica: 20 mL de H2O2 30% + HNO3 0,02 mol L-1 com
repouso por 90 min seguido de banho-maria a 80°C por 2 h;
5) Fração ligada aos óxidos de ferro e alumínio de baixa cristalinidade: 40 mL de oxalato de
amônio 0,2 mol L-1 + ác.oxálico 0,2 mol L-1 + ác. ascórbico 0,1 mol L-1 e agitação por 4 h protegido
da luz;
6) Fração ligada a óxidos de alumínio cristalinos e caulinita: 40 mL de NaOH 1,25 mol L-1 e
banho-maria a 75°C por 60 min;
7) Fração residual: em 0,25 g do resíduo das extrações anteriores foi adicionado 3 mL de HF
concentrado, 4 mL de HNO3 concentrado e 1mL de H2O2 (30% v/v).
Nas extrações, a suspensão foi centrifugada a 3.500 rpm por 15 min e todos os extratos
obtidos foram analisados por ICP-AES.
Foram realizados após cada extração duas lavagens do resíduo para remoção do excesso de
sais nas frações: precipitada, ligada a óxidos de ferro e alumínio de baixa cristalinidade e ligada a
óxidos de alumínio cristalinos e caulinita. A primeira lavagem foi realizada com 10 mL de solução
de (NH4)2CO3 0,5 mol L-1 e a segunda lavagem com 20 mL de água deionizada. Após a extração
das frações solúvel, trocável e ligada à matéria orgânica o resíduo foi lavado apenas com 20 mL de
água deionizada. Nas lavagens das amostras, a suspensão foi centrifugada a 3.500 rpm por 10 min. e
posteriormente foram secas a 45°C por 16 h para obtenção da massa das amostras.
2.7 Análise estatística
Os dados obtidos referentes às plantas foram analisados estatisticamente pelo programa Assistat
7.7 beta, fazendo-se a análise de normalidade de Shapiro-Wilk; análise de variância e teste de
comparação entre média de Scott-knott.
9
3
RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1 Desenvolvimento das plantas x doses de lodo
O efeito das doses de lodo de esgoto no desenvolvimento das plantas foi crescente,
proporcional e significativo em ambas espécies para a parte aérea e raiz (FIGURA 3), com
produção de matéria seca na parte aérea variando entre 0,24 e 2,19 g vaso-1 e 0,18 a 5,17 g vaso-1
repectivamente para AP e NF . Já o crescimento no solo com aplicação de adubação mineral foi
pífio e semelhante à testemunha (dose 0), com produção de matéria seca de 0,32 e 0,23 g vaso-1
respectivamente para AP e NF. A produção de matéria seca na parte aérea do NF foi superior a AP
a partir da dose 0,5 de lodo, nos tratamentos sem aplicação de LE, dose 0 e adubação mineral a
espécie que apresentou melhor desenvolvimento foi a AP.
.
FIGURA 3. Produção de matéria seca da parte aérea e raiz da aveia preta e nabo forrageiro após 60
dias de cultivo. Barras com a mesma letra minúscula não diferem estatisticamente entre si entre
doses de lodo e barras com mesma letra maiúsculas não diferem estatisticamente entre si entre as
espécies. Foi aplicado o Teste de Scott-Knott ao nível de 5% de probabilidade.
Os teores de Pb na parte aérea oscilaram entre 130 a 237 mg kg-1 de meteria seca e entre 122
e 226 mg kg-1 de matéria seca respectivamente para aveia preta e nabo forrageiro (FIGURA 4).
10
Esses teores são superiores aos encontradas por Andrade et al.(2009) em aveia preta cultiva em
solos oriundos de áreas de influência de mineração de Pb no município de Adrianópolis e bem
como os encontrados por Machiol et al. (2004) em nabo forrageiro cultivado em solo contaminado
com Pb. Em ambos os trabalhos os teores totais e pseudo totais de Pb dos solos utilizados foram 10
vezes inferiores, variando de 234 a 2.598 mg kg-1.
Nas raízes da aveia preta os teores de Pb variaram de 9,84 a 16,61 g kg-1 e no nabo
forrageiro de 11,51 a 30,90 g kg-1 (FIGURA 4). Os teores obtidos nas raízes demonstraram que
ambas as espécies são hiperacumuladoras em nível de raiz, isto é, acumularam mais de 1.000 mg
kg-1 de Pb (Kabata – Pendias, 2011).
FIGURA 4. Teor de Pb na parte aérea e raiz de aveia preta e nabo forrageiro. Barras com a mesma
letra minúscula não diferem estatisticamente entre si entre doses de lodo e barras com letra
maiúsculas não diferem estatisticamente entre si entre as espécies. Foi aplicado o Teste de ScottKnott ao nível de 5% de probabilidade.
O teor na parte aérea da aveia preta apresentou incremento em relação as doses de LE apartir
da dose 1 (FIGURA 4). Os teores de Pb na parte aérea do nabo forrageiro foram superiores nos
tratamentos com aplicação de lodo de esgoto em relação a testemunha (dose 0) e adubação mineral.
O maior crescimento radicular proporciona acréscimo na quantidade de agentes complexantes
exsudados pelas raízes das plantas que solubilizam os metais, possibilitando a maior absorção
(Hinsinger et al., 2006). Zeng et al. (2001) observaram relação positiva dos teores de Pb na palhada
11
de arroz com os teores de matéria orgânica do solo e associaram essa relação a produção de
quelatos pela matéria orgânica que facilitaram a absorção pela raiz da planta.
Em relação a raiz (FIGURA 4), com exceção da dose 2, na aveia preta o teor radicular de
Pb manteve-se estável com a aplicação de LE. Em contra partida, os teores de Pb na raíz total
(raízes + tubercúlos) de nabo forrageiro decresceram com o aumento das doses de LE, até a dose 2,
em decorrência dos teores de Pb obtidos na raiz tuberosa, que em média foram 70 vezes inferiores
(483, 410, 202 e 325 mg kg-1 respectivamente para as doses 0,5; 1, 2 e 4 de LE) e da maior
contribuição das raízes tuberosas sobre a matéria seca total da raiz (FIGURA 3) sendo os quais
representam 36, 46, 36 e 23% do total da matéria seca da raiz respectivamente, para as doses 0,5; 1;
2 e 4.
A resposta das plantas à presença de um elemento considerado tóxico no solo, não depende
apenas da concentração, mas também da sua forma química (especiação), pH e fertilidade do solo
(Wong, 2003). A capacidade da planta em tolerar altos teores de Pb no tecido vegetal tem sido
associado ao estado nutricional (Antosiewicz, 1993), isto porque a presença de Pb no solo afeta a
absorção e utilização de nutrientes essenciais para o desenvolvimento vegetal (Sharma & Dubey,
2005).
O P é um dos nutrientes afetado pela presença de Pb no solo e na planta pela formação de
precipitados na superfície da raiz e interior das células (Malone et al.,1974). No presente estudo, os
teores de P no tecido vegetal foram crescentes com a aplicação de lodo (TABELA 3), e a AP
apresentou diminuição da severidade dos sintomas característicos da deficiência de P (FIGURA 5).
A formação de precipitados de Pb com P na superfície da raiz ou no interior da planta provoca a
imobilização do Pb de parte do P necessário para as funções vitais da planta, assim o maior
fornecimento desse nutriente e absorção pela planta diminui a severidade dos sintomas tanto de
toxidez de Pb como deficiência de P
TABELA 3. Teores de P na parte aérea e raiz da aveia preta e nabo forrageiro após 60 dias de
cultivo.
Tratamento
Doses
de LE
0
0,5
1
2
4
A.M (1)
C.V
Aveia Preta Nabo Forrageiro
Aveia Preta Nabo Forrageiro
-1
0,69
0,64
0,91
1,47
1,63
g kg
Parte Aérea
c
c
b
a
a
0,52 d
5,50
g kg-1
Raiz
0,60
1,03
1,27
1,47
1,48
d
c
b
a
a
0,58 b
10,29
0,73
0,61
0,68
1,02
1,13
b
c
b
a
a
0,59 c
5,50
1,50
1,85
2,17
2,64
2,88
b
b
b
a
a
1,95 b
13,22
12
(1)A.M. - adubação mineral. Médias seguidas de letras minúsculas iguais não diferem estatisticamente entre si na
vertical. Foi aplicado o Teste de Scott-Knott ao nível de 5% de probabilidade
FIGURA 5. Aspecto visual do crescimento e sintomas de deficiência da aveia preta após 60 dias de
cultivo, (a) plântula de aveia preta com nervuras e bordas roxeadas (b) Aspectos visuais da aveia
preta após 60 dias de cultivo.
.
O uso de lodo de esgoto com o intuito de estabilização do Pb no solo forneceu nutrientes
essenciais como N, P, K, Ca e Mg (TABELA 1), restituindo a fertilidade do solo e favorecendo o
crescimento das plantas, mesmo com teores de Pb do tecido vegetal dentro da faixa considerada
tóxica de 50 a 300 mg kg-1 (Kabata – Pendias, 2011). O fornecimento de nutrientes essenciais via
adubação mineral, conforme as recomendações técnicas, que visa suprir apenas as necessidades
nutricionais, não foi o suficiente para promover o equilíbrio nutricional e favorecer o
desenvolvimento de ambas espécies, apresentando resultado semelhante à testemunha (dose 0)
(TABELA 3 e FIGURA 5). Não se pode negligenciar o efeito positivo do lodo em relação à
adubação mineral na melhoria das condições físicas do solo pelo aporte de compostos orgânicos.
Como resultado final dessas interações, a aplicação de LE em solo com alto teor de Pb favoreceu ao
crescimento das plantas (parte área e raízes) (FIGURA 3) e promoveu incremento na absorção do
metal.
O conteúdo de Pb extraído pela parte aérea foi crescente com as doses de LE (FIGURA 6),
devido ao aumento crescente da produção de matéria seca e maior teor de Pb no tecido vegetal. O
nabo forrageiro apresentou maior potencial de exportação a partir da dose 0,5 de LE, porém, o
conteúdo na parte aérea de ambas as espécies foi inferior ao conteúdo de Pb adicionado em cada
dose de LE: 0; 0,37; 0,75; 1,5 e 2,99 mg kg-1 de solo, respectivamente, para as doses 0; 0,5; 1,0; 2,0
e 4,0. Vale ressaltar que a premissa básica da fitorremediação são cultivos e cortes sucessivos da
parte aérea e destinação do material seco para aterros industriais. Outra possibilidade de remediação
é a fitoestabilização do Pb pela absorção e acúmulo do metal nas raízes, que não é uma solução
permanente, mais é uma alternativa para diminuir temporariamente a movimentação do metal no
13
solo até que outra medida seja tomada (Vangronsveld et al., 2009). Considerando o conteúdo de Pb
extraído pelas raízes, a planta suplantaria no mínimo 3,4 e 5,7 vezes a adição do metal via dose de
LE, respectivamente para a AP e NF.
.
FIGURA 6. Conteúdo de Pb extraído pela parte aérea e raiz da aveia preta e nabo forrageiro após
60 dias de cultivo. Barras com a mesma letra minúscula não diferem estatisticamente entre si entre
doses de lodo, e barras com letra maiúsculas não diferem estatisticamente entre si entre as espécies.
Foi aplicado o Teste de Scott-Knott ao nível de 5% de probabilidade. Conteúdo extraído pela parte
aérea em ug kg-1de solo (eixo a esquerda), conteúdo extraído pela raiz em mg kg-1 solo (eixo a
direita).
A maior dose de LE apresentou o melhor potencial para o desenvolvimento das plantas e uso
combinado com a fitoestabilização. Porém, o conteúdo de N aplicado na dose 0,5, considerando o
índice de eficiência no primeiro cultivo de 20% do nitrogênio total (SBCS, 2004), é superior a
quantidade recomendada para cada espécie, sendo que as doses aplicadas no presente trabalho estão
acima da taxa máxima de aplicação permitida pela resolução CONAMA 376/2006 (Brasil, 2006).
Contudo, essas aplicações foram estabelecidas para áreas agrícolas e não se tem regulamentação de
aplicação para áreas com elevados teores de poluentes, como material adsorvente de metais
pesados. Nesse ponto, deveriam ser conduzidos estudos do balanço entre potencial de contaminação
com NO3- e de remediação de metais pesados em solos altamente contaminados.
3.2 Frações do Pb no Solo sem o cultivo de plantas (30 dias de incubação com LE)
Analisando a compartimentalização das frações de Pb (FIGURA 7) pode-se concluir que o
teor total de Pb no solo utilizado no experimento, de 28,650 mg kg-1, (TABELA 2) pode ser
14
considerado natural (intemperismo da galena - PbS), tanto pelo histórico da área de estudo (apenas
mineração sem atividade de metalurgia), mas também pela baixa contribuição da fração
biodisponível de apenas 4% de Pb trocável mais solúvel e da expressiva contribuição da fração
residual no teor do total do Pb (34%) (FIGURA 2). Em solos recém contaminados por atividades
antrópicas, mais de 80% do Pb apresenta-se biodisponível (Lamb et al., 2009). Apesar da baixa
contribuição das frações solúvel e trocável, o teor de aproximadamente 900 mg kg-1 está acima do
limite de intervenção industrial proposto na resolução CONAMA nº 420/2009 (Brasil, 2009), o que
determina alto risco de contaminação de corpos d’agua e de transferência ecológica, além da
inibição da restauração natural da vegetação.
O potencial do LE na recuperação de solos com alto teor de Pb é evidenciada pela
diminuição das frações mais reativas, principalmente a fração trocável a partir da dose 2 (FIGURA
7).
FIGURA 7. Distribuição do teor total de Pb nas suas frações sequenciais no solo após incubação
com lodo de esgoto (30 dias) o erro presente nas barras correspondem ao desvio padrão dos
resultados obtidos na análise realizada em triplicatas, não sendo possível realizar testes estatísticos.
A participação expressiva da fração precipitada de Pb reflete a dissolução de minerais
carbonáticos presentes na matriz do solo. Barbour & Oliveira (1979) e Corsi & Landim (2003)
trabalharam com solos da mesma região e identificaram os seguintes minerais carbonáticos:
15
calcoxitos, com teores entre 0,08 e 0,33% de Pb e cerrusita (PbCO3). A ocorrência de minerais
carbonáticos contribuem também para manutenção do pH próximo de 7 (TABELA 2) possibilitando
a estabilidade dos precipitados de Pb com ânios simples e complexos, como o PbO, PbSO4,
PbHPO4, Pb5(PO4)3OH, Pb5(PO4)3Cl (Lindsay, 1979). Os teores de P e S foram altos no LE
(TABELA 1), o que facilita a formação de complexos de Pb com esses ânions.
A aplicação de lodo de esgoto acarretou o decréscimo da fração de Pb ligada a matéria
orgânica (FIGURA 7). Esse resultado pode ser atribuído a dois processos, mutuamente não
excludentes:
i)
Limitação da capacidade da solução de peróxido de hidrogênio acidificado com
acido nítrico em oxidar todas as formas da matéria orgânica, além do consumo
competitivo do reagente na oxidação de minerais sulfetados (Teisser et al., 1979,
Pickerin, 1986 e Aydogan et al., 2007) de formas reduzidas de óxidos de Mn em
pH menor que 5 (Pickerin, 1986);
ii)
Com o aumento da dose de LE ocorre a formação de complexos organo-Pbmineral de alta estabilidade que resistiram à extração com H2O2. De acordo com
Poggere et al. (2015) esses complexos resistentes foram solubilizados apenas na
extração dos óxidos de Fe com solução de oxalato de amônio, ácido oxálico e
ácido ascórbico.
Apesar do uso de procedimentos idênticos aos utilizados por Poggere et al. (2015), para a
extração dos óxidos de Fe, ao contrario deste, no presente trabalho, não houve diferença
significativa entre os tratamentos nas contribuições percentuais da fração ligada aos óxidos de Fe e
Mn em relação aos teores totais de Pb (FIGURA 4). Fato este, em decorrência da baixa ocorrência
desses minerais nos solos da região (Kummer et al., 2010), baixa solubilidade da solução contendo
oxalato em amostras calcárias devido a precipitação ou co-precipitação do Pb2+ com oxalato de
cálcio (Ure & Quevauviller,1996, Pickerin, 1986) e oxidação previa dos óxidos de Mn na extração
da fração ligada a Matéria Orgânica (Pickerin, 1986). Apesar das vantagens do processo de
extrações seqüenciais em relação apenas a determinação dos teores totais de metais pesados no solo,
pode ocorrer problemas de baixa seletividade dos extratores (Shiowatana et al., 2001; Shan & Chen,
1993), redistribuição dos metais durante os processos de extração (Rakasasalaya et al., 1996; Tu et
al., 1994) e dependência dos resultados das condições operacionais (Sahuquillo et al., 1999).
Houve um aumento significativo da fração de Pb ligada a caulinita (FIGURA 4) devido,
possivelmente, a formação de compostos orgânico metálicos com a caulinita (matéria orgânica-Pbcaulinita) que resistiram à extração com H2O2 em etapa prévia. A solução de NaOH 1,25 mol L-1
usada nessa fase, além de ser eficiente na solubilização de aluminossilicatos de baixa cristalinidade
16
promove esfoliação na caulinita de melhor cristalinidade (Melo et al., 2002), liberando o Pb
adsorvido especificamente nas arestas quebradas do mineral. A solução de NaOH também é
considerada um extrator eficiente na solubilização da matéria orgânica (Teisser et al., 1979). Todas
essas ações coordenadas promovem a solubilização dos complexos organo-Pb-caulinita. Como era
esperado verifica-se a tendência dos teores de Pb adsorvido especificamente à caulinita aumentarem
com a dose de lodo, ou seja, quanto maior a aplicação de LE, maior é a possibilidade de formação e
estabilidade do complexo organo-Pb-mineral. Outro fator que contribui para a formação desses
complexos é o alto teor de caulinita na fração argila dos solos da região, que podem chegar até 600
g kg-1 de argila (Kummer et al., 2010).
O teor máximo de Pb adicionado na maior dose de LE equivale apenas a 0,011% do Pb total
do solo o que em termos gerais, resulta em variações pouco representativa no teor total. Além da
pequena contribuição no teor total, o Pb presente no lodo de esgoto obtido em sistema anaeróbico
apresenta baixa disponibilidade (Amir et al., 2005), não agravando o risco ambiental, justificando,
assim, o uso do LE na recuperação de áreas contaminadas. Em termos práticos, com um teor total
de 28.650 mg kg-1, a dose máxima de LE acrescentaria ao solo apenas 2,15 mg kg-1 (TABELA 2).
3.3 Interação entre as doses de Lodo de Esgoto e o cultivo de AP e NF nas frações de Pb do
solo
Para avaliar as frações de Pb no solo em relação a presença das plantas, o conteúdo total
extraído pelas plantas foi considerado como uma fração do Pb no solo, os dados apresentados a
seguir se referem a distribuição do teor total de Pb nas suas frações sequenciais no solo após a
aplicação de LE e o cultivo de 60 dias.
Após 60 dias de cultivo houve interação positiva entre as doses de lodo e presença de
plantas apenas para a fração correspondente ao conteúdo extraído pela planta. Nas demais frações
não houve interação significativa, assim o efeito das doses de lodo e presença de plantas serão
apresentadas e interpretadas separadamente nos tópicos: 3.3.1. Relação entre as doses de LE e as
frações de Pb do solo e 3.3.2 Relação entre o cultivo de Aveia Preta e Nabo Forrageiro e as frações
de Pb no solo.
A contribuição da extração total da planta (raiz e parte aérea) variou de 0 no solo sem o
cultivo de plantas a 0,065% com o cultivo de nabo forrageiro (FIGURA 8). A baixa contribuição do
Pb do solo extraído pelas plantas demonstra a limitação do uso da fitoextração em solos com
elevados teores de metais pesados. A fitoextração deveria ser priorizada apenas em solos com baixa
ou moderada contaminação ou com o uso de espécies florestais com crescimento rápido, o qual
17
possibilita, além da extração dos metais, a produção de biomassa que pode ser utilizada para
bioenergia (Vangronsveld et al., 2009; Schröder et al. 2008).
FIGURA 8. Contribuição do teor total (raiz + parte aérea) de Pb extraído pelas plantas sobre o teor
total de Pb do solo, após período de 60 de cultivo e aplicação de LE. Barras com a mesma letra
minúscula não diferem estatisticamente entre si entre doses de lodo, letra maiúsculas não diferem
estatisticamente entre si entre coberturas. Foi aplicado o Teste de Scott-Knott ao nível de 5% de
probabilidade
.
Na dose 0 de LE a contribuição das plantas no conteúdo total de Pb no solo, foi
significativamente igual ao solo sem cultivo isto é próximo a 0%, a partir da dose 0,5 a contribuição
da plantas nas frações do Pb foi crescente e significativamente diferente do solo sem cobertura,
principalmente para o NF, Assim a aplicação do LE potencializa o uso das duas espécies na
fitorremediação do solo utilizado. O uso somente das duas espécies na fitorremediação não
apresenta um alternativa viável, devido a contribuição irrisória no teor total de Pb, e pelo baixo
desenvolvimento aéreo e radicular que poderia contribuir no reestabelecimento da vegetação e
diminuição de possíveis problemas com erosão e lixiviação. Segundo Mendes & Maier (2008b)
para o sucesso no processo de fitoestabilização geralmente é necessário o uso de adjuvantes, como
compostos, calcário e adubos minerais.
O nabo forrageiro apresentou maior potencial de extração que a aveia preta a partir da dose
1,0 de LE em decorrência da maior produção de matéria seca. Nos tratamentos com adubação
mineral a contribuição foi semelhante a dose 0 (testemunha) e 0,5 para aveia preta e dose 0 para o
NF.
18
3.3.1 Relação entre as doses de LE e as Frações de Pb após 60 dias de cultivo
O potencial de recuperação dos solos foi mantido após 60 dias de cultivo, com a diminuição
da fração trocável apenas na dose 4 de LE. Comparando com o solo após 30 dias de incubação,
(FIGURA 9 e 10) esse resultado indica a tendência ao equilíbrio inicial da fração trocável, sendo
assim o uso de lodo de esgoto em um primeiro momento apresenta um efeito acentuado sobre a
distribuição das frações do Pb no solo, com a diminuição da fração trocável amenizando as
condições de toxidez no solo. Após 60 dias de cultivo o efeito sobre a distribuição das frações foi
mais sutil em comparação aos 30 dias de incubação. Comportamento semelhante de tendência ao
equilíbrio inicial correu nas frações precipitada e ligada a caulinita, com a diminuição da
contribuição dos precipitados apenas na ultima dose de lodo, e aumento do Pb ligado a caulinita a
partir da dose 1. A contribuição da fração complexada na matéria orgânica apresentou
comportamento semelhante ao solo incubado por 30 dias.
FIGURA 9. Distribuição do teor total de Pb nas suas frações sequenciais no solo após incubação
com lodo de esgoto por 30 dias e 60 dias de cultivo.
19
FIGURA 10. Efeito das doses de lodo de esgoto na distribuição do teor total de Pb nas suas frações
sequenciais no solo após 60 dias de cultivo. Colunas com mesma letra minúscula não diferem
estatisticamente entre si entre os tratamentos. Foi aplicado o Teste de Scott-Knott ao nível de 5% de
probabilidade
Apesar da aplicação de P na forma de superfosfato simples que também é utilizado como
agente estabilizador do Pb (Brown et al., 2005), o uso da adubação mineral não interferiu nas
frações de Pb no solo, apresentando resultados semelhantes a solo testemunha (dose 0).
Os resultados obtidos apontam a necessidade de avaliar o efeito residual da aplicação do
lodo de esgoto sobre a compartimentação do Pb no solo em conjunto com o a fertilidade do solo,
possibilitando o direcionamento de doses e intervalos de aplicação e o uso a longo prazo da técnica
de estabilização utilizando o lodo de esgoto em combinação com a fitorremediação.
20
3.3.2 Relação entre o cultivo da AP e NF nas frações de Pb no solo
A exploração do solo pelas raízes foi suficiente para influenciar as frações do Pb no solo,
possibilitando a diminuição das frações trocável, precipitado e aumento da fração ligada a caulinita
(FIGURA 11).
FIGURA 11. Efeito do cultivo de AP e NF na distribuição do teor total de Pb nas suas frações
sequenciais no solo. Colunas com mesma letra minúscula não diferem estatisticamente entre si entre
os tratamentos. Foi aplicado o Teste de Scott-Knott ao nível de 5% de probabilidade.
A diminuição dos teores trocáveis de Pb no solo, devida a presença de plantas foi observada
em trabalhos realizados por Wang et al. (2002) e Conesa et al. (2007). Em ambos os trabalhos o
solo rizosférico apresentou teores de Pb trocável inferiores ao solo total. Mudanças nas frações de
Pb no solo são atribuídas a exsudação de compostos orgânicos pelas plantas, que complexão o Pb
presente na solução e trocável, diminuído essas frações (Wang et al., 2002). Essa resposta também
foi atribuída ao aumento do pH do solo, em decorrência da excreção de OH- durante a absorção de
nitrato do solo (Romkens et al., 1999). No presente trabalho, o pH dos solos cultivados foi
significativamente superior ao pH do solo sem cultivo, principalmente para o nabo forrageiro
(TABELA 4).
21
TABELA 4. pH do solo em água após 30 dias de incubação com lodo de esgoto e após 60 dias de
cultivo
Tratamento
Doses de
Lodo
Adubação
mineral
30 dias de
incubação
Sem cobertura
Com aveia
preta
Com nabo
forrageiro
0
6,78
6,85 aB
6,94 aA
6,91 aA
0,5
6,79
6,60 bC
6,68 bB
6,82 bA
1
6,73
6,48 cC
6,60 cB
6,72 cA
2
6,74
6,37 dC
6,54 dB
6,60 dA
4
6,69
6,28 eB
6,46 eA
6,46 eA
A. P.
6,83
6,67
6,80
N. F
6,78
6,64
6,67
Legenda: As médias seguidas pela mesma letra minúscula não diferem estatisticamente entre si na vertical e médias
seguidas pela mesma letra maiúscula não diferem estatisticamente entre si na horizontal. Foi aplicado o Teste de ScottKnott ao nível de 5% de probabilidade.
22
4
CONCLUSÕES
O aplicação do lodo de esgoto potencializa a fitoestabilização utilizando nabo forrageiro e
aveia preta, em decorrência da maior crescimento e conteúdo de Pb absorvido pelas raízes. Apesar
do aumento do conteúdo extraído pela parte aérea, a fitoextração utilizando aveia preta e nabo
forrageiro não apresenta uma opção viável para a recuperação do solo utilizado no experimento
devido ao alto teor de Pb total.
O lodo de esgoto foi eficiente em diminuir as formas mais reativas ambientalmente,
transferindo o Pb da fração trocável para a forma mais estável, ligada a caulinita. Esse efeito foi
mais proeminente após os 30 dias de incubação. Após 60 dias de cultivo a relação entre as doses e a
manteve a tendência inicial de diminuição das frações mais reativas porem com efeito significativo,
a partir da dose 3 e 4 .
A complexidade dos processos e fatores que influenciaram os resultados permite apenas
uma interpretação simples e superficial dos resultados, mas que possibilita o direcionamento e
elaboração de novos estudos específicos, dentre eles o balanço entre potencial de contaminação com
NO3- e de remediação de metais pesados em solos altamente contaminados e o efeito residual do
lodo sobre a redistribuição das frações de Pb e fertilidade do solo.
Além do potencial para o uso na revegetação do solo, o cultivo de aveia preta e nabo
forrageiro interferiram positivamente na distribuição do Pb total do solo, com a diminuição da
fração trocável e aumento da fração ligada a caulinita.
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